ЕГЭ ПО ФИЗИКЕ Web-репетитор pomogala.ru ЗАДАНИЕ А9

Первый пример - из демоварианта 2014 года

Разбираемся в теме. Горячий чай оставили на столе минут на десять. Потом - бах! - а он остыл. Почему? Произошёл процесс теплопередачи. Тепло от чая передалось окружающему воздуху. Воздух стал потеплее, а чай похолоднее. Передача тепла всегда идёт от более горячего тела к менее горячему. Если бы стакан с чаем оставили в духовке, где температура окружающего воздуха 90 градусов, такая же, как и у чая - он бы не остыл ни за час, ни за два.

А можно ли сказать поточнее, с цифрами, сколько тепла было в горячем чае, сколько ушло и сколько осталось? Ага, можно. Количество теплоты измеряют в Джоулях - в тех же самых единицах, что и работа, и энергия. Это и неудивительно. Ведь в нагретом теле молекулы "летают" шустренько, в охлажденном - помедленнее. Когда происходит теплообмен - то быстрые горячие молекулы ударяются по холодным медленным и разгоняют их, то есть отдают часть своей кинетической энергии. Потому и Джоули.

Много ли теплоты способно вобрать в себя то или иное тело? Эта способность выражается понятием ТЕПЛОЁМКОСТЬ. Теплоёмкостью какого-нибудь тела Q называют такое количество теплоты, которое надо передать этому телу, чтобы его температура повысилась на 1 градус Кельвина.

А верно и обратное. Если это нагретое тело засунуть куда-нибудь в прохладную водичку, то остывая на 1 градус, оно отдаст воде столько же теплоты. От чего же зависит теплоёмкость? От двух причин. Первое - от массы тела. Массивное, большущее тело, конечно же, труднее нагреть на 1 градус, чем маленькое, лёгкое. А второе - от материала, из которого тело сделано. Некоторые материалы более "охотно" вбирают в себя теплоту, а другие - похуже. Чтобы массу тела не принимать в расчет, договорились сравнивать тела массой 1 кг, и ввели понятие УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ.
Удельной теплоёмкостью с (цэ ммаленькая) называют количество теплоты, которое надо передать телу массой 1 килограмм для того, чтобы нагреть его на 1 градус Кельвина.

Удельная теплоёмкость для тел из разных материалов давно определена и сведена в справочные таблицы. Такие данные приведены и в начале задания на ЕГЭ.

Теперь приведу картинку и текст о калориметре из учебника Ландсберга.

Калориметр представляет собой металлический сосуд с крышкой, имеющий форму стакана. Сосуд ставят на пробки, помещенные  в  другой,   больший сосуд так, что между обоими сосудами остается слой воздуха. Все эти предосторожности уменьшают отдачу теплоты окружающим телам. Сосуд наполняют известным количеством воды, температура которой до опыта измеряется. Затем берут тело, теплоемкость которого хотят измерить, и нагревают до известной температуры  (например, помещают в пары кипящей воды, так что температура равна 100°С). Нагретое тело опускают в воду калориметра, закрывают крышку и, помешивая мешалкой, ждут, пока температура в калориметре установится (это будет, когда вода и тело примут одинаковую температуру). Тогда отмечают эту температуру.
Из результатов опытов можно найти удельную теплоемкость тела, пользуясь тем, что уменьшение энергии охлаждающегося тела равно увеличению энергии нагревающейся при этом воды и калориметра, т. е. применяя закон сохранения энергии.

Ну вот, этих знаний вполне себе достаточно, чтобы сознательно и разумно решить задачку из ЕГЭ-2014. Который цилиндр имеет большую теплоемкость? Алюминиевый, согласно таблице. Он отдаёт больше тепла воде в калориметре. Ну, а если уж от него вода нагрелась только до 30 градусов, то от медного, имеющего меньшую теплоёмкость и, следовательно, отдающего меньше тепла воде, вода нагреется менее, чем до 30 градусов.
Значит, верный ответ № 1.

Пример второй - из демоварианта 2013 года

Вода (как и другие вещества) может находиться в трёх агрегатных состояниях - твёрдом, жидком и газообразном. Как происходит переход из одного состояния в другое? Возьмём кусок льда и станем нагревать его с постоянной интенсивностью, то есть постоянно подводя к нему одинаковое количество теплоты (в условии это сформулировано так - "теплопередача с постоянной мощностью". И чё? Лёд начнёт таять? Не-а! Не сразу. Все прекрасно знают, что температура таяния льда (плавление) - ноль градусов Цельсия. Если лёд был холоднее, например минус 20, то его сперва нагревают до нуля. Посмотрим на график. За время от 0 до дельта t1, отложенное на оси абсцисс, температура льда повысилась на величину дельта Т1.
А когда лёд нагрет уже до нуля градусов - то выше он нагреваться не будет, а станет таять. Время по оси абсцисс идёт, теплота к куску льда подводится, а температура его не растёт. Вся подводимая теплота уходит на процесс таяния - то есть перехода льда из одного состояния в другое, в состояние жидкости, собственно воды. Этот процесс прдолжается в течение времени дельа t2 по оси асцисс.
Когда наступает время дельта t3, то лёд уже полностью превратился в воду и вода начинает нагреваться на величину дельта Т2 по оси ординат, в принципе - до температуры кипения 100 градусов Цельсия. А потом опять в течение промежутка времени дельта t4 - температура воды не прирастает. Её нельзя нагреть выше 100 градусов. Идет процесс парообразования, то есть перехода в газообразное состояние. А потому же пар нагревается, растёт его температура.

Вот как следует читать этот график.. А какой же выбрать ответ? ПЛАВЛЕНИЕ ЛЬДА происходило в течение промежутка времени t2. Этот промежуток содержится только в варианте ответа №2. Это и есть правильный ответ.

Пример третий - из тренировочной работы 30 апреля 2013 года

Сначала разберёмся с понятием плотность. Помните знаменитую задачку "что тяжелее - килограмм железа или килограмм ваты"? Конечно, килограмм - он и в Африке килограмм. Естественно вес одинаков. Но только ваты будет гораздо большая куча, чем железа. Объём ваты больше. А если взять один кубический метр железа и один кубический метр ваты? Здесь конечно, железо тяжелее. Плотность - это вес одного кубического метра. У железа он больше, чем у ваты.

С газами немножко сложнее. Кубометр одного газа может быть тяжелее, чем кубометр другого газа по двум причинам:

1. Молекулы тяжелее
2. Молекулы более плотно упакованы, приближены друг к другу, что бывает, если повысить давление.

В нашей задаче сказано, что у всех газов одинаковое давление - нормальное атмосферное. Значит большая плотность - у более тяжелых молекул.

Далее. Нам известна формула , выведенная из основного уравнения молекулярно-кинетической теории. В этой формуле молярная масса газа стоит в знаменателе. Получается, чем меньше масса - тем скорость больше (самая большая она у водорода), чем больше масса - тем скорость меньше (самя маленькая она у ксенона). У нас требуется найти НАИМЕНЬШУЮ. Значит правильный ответ №3.

<<<Назад, к задаче А8 | Разбираем далее задачу А10 >>>

В начало страницы